Наука - практике

Меченые нейтроны определяют содержание углерода

В декабре в Доме ученых ОИЯИ в смешанном формате состоялось рабочее совещание по применению метода меченых нейтронов в экологии. Оно собрало около 60 специалистов в области нейтронной физики, сельского хозяйства, биологии, экологии из ОИЯИ, исследовательских центров Москвы, Московской области, Ростова-на-Дону, Тюмени, Азербайджана.

Открывая совещание, Ю.Н.Копач (ЛНФ) отметил, что сегодня определение содержания углерода в почве является важным пунктом экологической повестки. На карбоновых полигонах планируется изучение технологий, обеспечивающих снижение выбросов углерода в атмосферу и/или его накопление в почве. Эти исследования имеют большое экологическое и, в перспективе, экономическое значение. В своем докладе "Проект ТАНГРА в ОИЯИ: разработка и развитие метода меченых нейтронов для определения элементного состава вещества и изучения ядерных реакций" Ю.Н.Копач рассказал о действующем с 2014 года проекте, нацеленном на применение методов меченых нейтронов в различных областях нашей жизни. Метод с успехом применяется, например для детектирования наркотиков и взрывчатых веществ, исследования горных пород и поиска алмазов в кимберлитовых трубках. Когда углеродная повестка начала активно обсуждаться, у участников проекта, заметил докладчик, тоже возникла мысль заняться этой деятельностью. "Изучив литературу, мы поняли, что уже лет десять метод меченых нейтронов пытаются применить для исследований содержания углерода в почве. Почвоведы занимаются химическим анализом почв - длительной, трудоемкой и не очень точной процедурой. Метод меченых нейтронов имеет потенциально несомненные преимущества и показывает интегральное содержание углерода в почве на единицу площади".

Установка ТАНГРА.

В.И.Васенев (РУДН) в докладе "Методы оценки содержания углерода и тяжелых металлов в почве" подчеркнул важность определения содержания углерода в почве, тем более что почва - один из крупнейших его резервуаров в природе. Мониторинг содержания углерода ведется на разном уровне, от делянки до глобального масштаба. На примере исследований рекультивированных промышленных полигонов Кольского полуострова с 2011 по 2019 гг. докладчик показал, как ведутся исследования в области экологии почв. Он рассказал о методах, используемых в центре Smart Urban Nature РУДН. Содержание органического углерода в почве - один из важнейших параметров ее качества, определяющий ее плодородие. "Если мы получим технологию, позволяющую быстро и недорого получать все важные параметры почвы, то это будет здорово", - завершил он свое выступление.

И.Зиньковская (ЛНФ) представила возможности нейтронного активационного анализа в экологических и сельскохозяйственных исследованиях. Результаты анализов показали, что молдавские яблоки, сливы и виноград, а также вина содержат целый ряд элементов Периодической таблицы, но их концентрации не превышают нормы российских ПДК. А вот с травяными сборами и чаями надо быть осторожнее. Как показали совместные с коллегами из Северно-Осетинского университета исследования, экстрагируемость мышьяка, цезия, рубидия из растений в напиток очень высокая. Нейтронный активационный анализ позволяет с высокой точностью определять большое число элементов в рамках экологического мониторинга.

На совещании выступили с докладами два представителя ООО "Диамант" (участник коллаборации ТАНГРА). А.И.Ахунова ("Нейтронные методы измерения углерода в почве") представила результаты работы группы ученых из США по измерению углерода с помощью мобильной установки с генератором нейтронов, сравнила их с химическими методами. "Нейтронные методы мало изучены. Мы хотим их изучить и удешевить", - так она завершила свое выступление. Е.А.Разинков ("Измерения углерода в почве методом меченых нейтронов") представил результаты, полученные в компании "Диамант" в коллаборации с международным проектом ТАНГРА, в том числе результаты полевых испытаний прототипа мобильной установки в статике и динамике на полигоне, сравнил их с данными из США. По его мнению, пути увеличения точности будущего серийного прибора очевидны.

Открывая круглый стол, завершающий рабочее совещание, М.Г.Сапожников (ООО "Диамант") поинтересовался у коллег в онлайне, есть ли вообще потребность в таком приборе? Откликнулась доктор сельскохозяйственных наук Е.В.Журавлева: метод очень важен, особенно для производителей сельскохозяйственной продукции. По ее мнению, нужно поставить опыты на сельскохозяйственных полях и посмотреть результаты.

Биолог Л.А.Иванов (Тюменский госуниверситет) в ответ на просьбу Н.А.Фёдорова (ЛНФ) рассказать о проекте карбоновых полигонов пояснил, что карбоновые полигоны создают для оценки накопления углерода в долговременном мониторинге и оценки того, как эти значения меняются при разном землепользовании: "Сегодня измерения углерода проводятся вручную. Наверное, в будущем интересно использовать метод меченых нейтронов, тем более, что есть мобильная установка. Сейчас у нас идет формирование программы исследований на нашем полигоне, его инструментальное оснащение. Полноценно полигон заработает со следующего года".

А для нашего еженедельника Л.А.Иванов добавил:

- Меня пригласили участвовать в работе совещания, потому что определение углерода - это тема, которая актуальна для программы карбоновых полигонов. Было интересно послушать, что могут нового предложить физики в этом направлении, познакомиться с новыми методами. Говорить о каких-то планах сотрудничества по использованию метода пока рано, надо понять, что может метод и как его доработать до практического применения. Надеюсь, что сможем сотрудничать в решении этих вопросов. Перспективы у метода, безусловно, есть.

Завершая рабочее совещание, Ю.Н.Копач подчеркнул, что продолжать заниматься практическими применениями метода меченых нейтронов стоит, интерес к методу есть. Необходимы совместные эксперименты с почвоведами и экологами. Нужно продолжать контакты с ними, и, возможно, двигаться в направлении определения в почве и других элементов.

Для нашего еженедельника он добавил:

- Пока почвоведы не очень активно участвуют в обсуждении, хотя контакты с ними у нас были до этого совещания в более узком формате, и они высказывали очень ценные замечания. Часть из них прозвучала и в ходе совещания, часть - нет. Сегодня не поднималась тема влияния нейтронного излучения на органику, находящуюся в почве, а этот вопрос нам пока до конца не понятен. Хотя мы достаточно уверены, что никакого значимого влияния наши приборы на органику в почве не оказывают - одно из преимуществ этого метода в том, что наведенная активность пренебрежимо мала и полученная доза тоже очень мала, - но проверять это надо.

Помощник директора ЛНФ по инновационному развитию И.Ф.Ленский так прокомментировал итоги мероприятия:

- Мы видим, что есть активность, есть американские публикации и даже патенты, но в то же время мы почему-то этих приборов не видим. Вероятно, есть нерешенные проблемы (предполагаю - методического толка и в части достигнутых параметров метода). Есть слова, которые сразу всех "цепляют", - мобильность, измерения в движении, но, наверное, не это главное. Главное - это экспрессность, возможность выбраться в поле и делать измерения там, возможность повысить точность мониторинга, исключить какие-то операции в пробоподготовке, в обработке результатов. Самая большая сложность в том, что сама парадигма оценки обследуемого участка изменяется: от сбора (и последующего анализа в лаборатории) небольших кернов почвы идет переход к засветке довольно больших площадей. Видимо, поэтому должна идти речь не о том, что меняется методика измерений в лаборатории, а меняется сам подход к характеризации участка. Кроме того, участниками совещания абсолютно правильно были отмечены, в частности, проблема присутствия растительной фракции в анализируемом объеме, значимость разделения органического и минерального углерода почвы. Общение со специалистами высветило целый ряд задач. Мы пока рассчитываем скооперироваться для экспериментов с одним-двумя полигонами, которые нацелены на научную проработку этого метода, когда они организуют свою программу для оценки углерода в почве на опытном участке. Постараемся организовать экспедиционную кампанию и получить данные с помощью метода меченых нейтронов для сопоставления с результатами, получаемыми коллегами традиционными методами.

Есть хорошие перспективы, связанные с тем, что МГУ собирается запустить карбоновый полигон в Чашниково, это недалеко от нас, а на физфаке МГУ есть базовая кафедра ЛНФ - то есть всё, казалось бы, хорошо, но как пойдет - посмотрим. Ясно, что нужен еще как минимум один шаг, когда мы на следующее совещание выйдем уже с результатами измерений, которые понятны не только нам, но и экологам, и почвоведам. Важно, чтобы эти измерения были сделаны в соответствии с программой и методикой измерений, которая будет разработана совместно.

Ольга ТАРАНТИНА